JP2001257260A - 配線形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デュアルダマシン法におけるエッチング残さ
による配線の高抵抗化又は断線を防止できるようにす
る。 【解決手段】 層間絶縁膜１７上にスルーホール１７ａ
を含む全面にわたって、露光部分が現像されずに残るネ
ガ型レジスト１８を塗布する。続いて、第２のトレンチ
パターンがクロム等にて転写されたネガ型レジスト用の
露光マスク３０を用いて、ネガ型レジスト露光部１８Ｂ
を感光する。このとき、露光マスク３０を用いて露光す
ると、スルーホール１７ａに充填されたネガ型レジスト
未露光部１８Ａは、露光光が照射されない。次に、ネガ
型レジスト１８を現像することにより、該ネガ型レジス
ト１８から第２のトレンチパターンを有するマスクパタ
ーン１８Ｃが形成されると共に、スルーホール１７ａの
内部に充填されたネガ型レジスト未露光部１８Ａが感光
していないため除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れた電気特性を
有するメタル配線を安定して形成できるデュアルダマシ
ン法による配線形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の配線形成方法について図面を参照
しながら説明する。

【０００３】図９（ａ）〜図９（ｄ）、図１０（ａ）及
び図１０（ｂ）は従来のデュアルダマシン法による配線
形成方法の工程順の断面構成を示している。

【０００４】まず、図９（ａ）に示すように、絶縁性基
板１０１上に、第１の絶縁膜１０２を堆積し、堆積した
第１の絶縁膜１０２に第１のトレンチパターンを形成す
る。続いて、第１のトレンチパターンに、第１のバリア
膜１０３を介して銅（Ｃｕ）等からなる第１の配線材料
１０４を埋め込み平坦化を行なって、第１のバリア膜１
０３及び第１の配線材料１０４からなる第１のメタル配
線１０５を形成する。続いて、第１の絶縁膜１０２及び
第１のメタル配線１０５上に、第１の配線材料１０４を
保護するためのシリコン窒化膜等からなる第２の絶縁膜
１０６を堆積し、該第２の絶縁膜１０６上にシリコン酸
化膜等からなる層間絶縁膜１０７を堆積する。

【０００５】次に、図９（ｂ）に示すように、層間絶縁
膜１０７における第１のメタル配線１０５の上側部分に
スルーホール１０７ａを形成する。

【０００６】次に、図９（ｃ）に示すように、層間絶縁
膜１０７上に、スルーホール１０７ａを含む開口部を有
する第２のトレンチパターン形成用のポジ型のレジスト
パターン１０８を形成する。この時、スルーホール１０
７ａの開口寸法又はレジストパターン１０８の開口寸法
が微細化が進み小さくなると、レジストパターン１０８
の露光工程において、スルーホール１０７ａの内部にま
で露光光が十分に到達しなくなるため、スルーホール１
０７ａ内に埋め込まれたレジスト材が感光され難くな
り、スルーホール１０７ａ内にレジスト材１０８ａが埋
め込まれたまま残る。このレジスト材１０８ａは、後工
程で層間絶縁膜１０７に形成する第２のトレンチパター
ンの底部に相当する位置よりも上側の領域にまで残る。
また、第２のトレンチパタ−ンを形成する際の第１のメ
タル配線１０５に対するダメージを回避するため、スル
ーホール１０７ａにレジスト等を埋め込む場合がある
が、その場合も、図９（ｃ）のレジスト材１０８ａと同
等の結果となる。

【０００７】次に、図９（ｄ）に示すように、レジスト
パターン１０８をマスクとして、層間絶縁膜１０７に対
してエッチングを行なって、層間絶縁膜１０７にスルー
ホール１０７ａと接続する第２のトレンチパターン１０
７ｂを形成した後、レジストパターン１０８を及びレジ
スト材１０８ａを除去する。このとき、第２のトレンチ
パターン１０７ｂ内に、スルーホール１０７ａに充填さ
れていたレジスト材１０８ａによる絶縁性のエッチング
残さ１１０が残る。

【０００８】次に、図１０（ａ）に示すように、層間絶
縁膜１０７に形成されたスルーホール１０７ａ及び第２
のトレンチパターン１０７ｂに、第２のバリア膜１１１
を堆積し、続いて、銅（Ｃｕ）等の第２の配線材料１１
２を埋め込む。

【０００９】次に、図１０（ｂ）に示すように、第２の
バリア膜１１１及び第２の配線材料１１２の不要部分を
除去して、第２のバリア膜１１１及び第２の配線材料１
１２からなる第２のメタル配線１１３を形成する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の配線形成方法は、図９（ｄ）に示すように、層間絶
縁膜１０７の第２のトレンチパターン１０７ｂ内に、イ
ンナクラウンと呼ばれる絶縁性のエッチング残さ１１０
が残るため、第２のメタル配線１１３が高抵抗となり、
さらには断線にまで至るという問題を有している。

【００１１】本発明は、前記従来の問題を解決し、デュ
アルダマシン法におけるエッチング残さによる配線の高
抵抗化又は断線を防止できるようにすることを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、種々検
討の結果、絶縁膜の上部に形成され配線材料を埋め込む
ための溝状のトレンチパターンにおいて、トレンチパタ
ーンと接続されるスルーホールに充填されたレジスト材
と絶縁膜との段差状の界面から絶縁性のエッチング残さ
が成長することにより、インナクラウンが形成されるこ
とを突き止めている。

【００１３】従って、本願発明者らは、トレンチパター
ン形成用のレジストパターンを形成する際に、レジスト
パターンの開口部内に露出するスルーホール内に、トレ
ンチパターン形成用のレジスト材を、後工程で形成する
トレンチパターンの底部よりも上側部分に残さないよう
にすることにより、インナクラウンを防止できるという
知見を得ている。

【００１４】具体的には、前記の目的を達成するため、
本発明に係る配線形成方法は、基板上の絶縁膜にスルー
ホールを形成する工程（ａ）と、スルーホールを含む絶
縁膜上に感光性マスク材を形成する工程（ｂ）と、感光
性マスク材をパターニングして、スルーホールを含む開
口部を有するトレンチ形成用のマスクパターンを形成す
る工程（ｃ）と、マスクパターンを用いて、絶縁膜に対
して所定の深さにまでエッチングを行なうことにより、
絶縁膜の上部にスルーホールと接続するトレンチパター
ンを形成する工程（ｄ）と、スルーホール及びトレンチ
パターン内に導電性材料を充填する工程（ｅ）と、工程
（ｄ）よりも前に、マスクパターンを、感光性マスク材
がスルーホール内にトレンチパターンの底部よりも上側
部分に残らないように形成する工程（ｆ）とを備えてい
る。

【００１５】本発明の配線形成方法によると、トレンチ
パターンを形成するよりも前に、トレンチ形成用のマス
クパターンを、感光性マスク材がスルーホール内にトレ
ンチパターンの底部よりも上側部分に残らないように形
成するため、スルーホールの上側部分にマスク材のエッ
チングによる残さが生じないので、エッチング残さによ
る配線の高抵抗化又は断線を防止できる。

【００１６】本発明の配線形成方法において、工程
（ｃ）が、絶縁膜上に形成された感光性マスク材の膜厚
を感光するために必要な露光量で感光性マスク材を露光
した後、露光した感光性マスク材に対して現像を行なう
ことにより、感光性マスク材からマスクパターンを形成
する工程を含むことが好ましい。

【００１７】本発明の配線形成方法において、工程
（ｄ）が、絶縁膜におけるスルーホールの上部とトレン
チパターンの底部との接続部分の形状に丸み形状を付与
する工程を含むことが好ましい。

【００１８】本発明の配線形成方法において、工程
（ｆ）として、工程（ｂ）において、感光性マスク材と
してネガ型レジストを形成する工程と、工程（ｃ）にお
いて、スルーホール内に充填されたネガ型レジストを未
感光のまま残存させ、現像により未感光なネガ型レジス
トを除去する工程とを有していることが好ましい。

【００１９】本発明の配線形成方法において、工程
（ｆ）として、工程（ａ）の後で工程（ｂ）よりも前
に、スルーホール内に充填材を充填する工程と、工程
（ｂ）において、充填材が充填されたスルーホールを含
む絶縁膜上に感光性マスク材を形成する工程と、工程
（ｃ）の後で工程（ｄ）よりも前に、充填材を選択的に
除去する工程とを有していることが好ましい。

【００２０】さらに、この場合に、充填材を選択的に除
去する工程において、スルーホール内に充填されている
充填材のうち、トレンチパターンの底部よりも下側部分
を残すことが好ましい。

【００２１】また、この場合に、感光性マスク材がポジ
型レジストであり、充填材が、ポジ型レジストが感光す
る波長よりも長い波長領域において感光するレジストで
あることが好ましい。

【００２２】本発明の配線形成方法において、工程
（ｆ）として、工程（ａ）の後で工程（ｂ）よりも前
に、絶縁膜上にスルーホールの開口部をふさぐ閉塞膜を
形成する工程と、工程（ｂ）において、閉塞膜が形成さ
れた絶縁膜上に感光性マスク材を形成する工程と、工程
（ｄ）において、マスクパターンを用いて、閉塞膜及び
絶縁膜に対してエッチングを行なうことにより、トレン
チパターンを形成する工程とを有していることが好まし
い。

【００２３】さらに、この場合に、閉塞膜を段差被覆率
が低い気相成長法を用いて形成することが好ましい。

【００２４】本発明の配線形成方法において、工程
（ｆ）として、工程（ａ）において、スルーホールを第
１の露光マスクを用いて形成する工程と、工程（ｃ）に
おいて、第１の露光マスクを用いて感光性マスク材にお
けるスルーホール部分を露光した後、スルーホール部分
を含むトレンチ形成用の第２の露光マスクを用いて露光
を行ない、露光した感光性マスク材に対して現像を行な
うことにより、マスクパターンを形成する工程とを有し
ていることが好ましい。

【００２５】さらに、この場合に、第１の露光マスクを
用いた露光工程の露光量を最適化することにより、現像
後に、スルーホール内に充填されている感光性マスク材
のうちのトレンチパターンの底部よりも下側部分を残す
ようにすることが好ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００２７】図１（ａ）〜図１（ｄ）及び図２（ａ）〜
図２（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係るデュアルダ
マシン法による配線形成方法の工程順の断面構成を示し
ている。

【００２８】まず、図１（ａ）に示すように、絶縁性基
板１１上に、シリコン酸化膜等からなる絶縁膜１２を堆
積する。ここで、絶縁性基板１１は、半導体基板上に絶
縁性膜を形成した基板を含み、図示はしていないが、ト
ランジスタ等の能動素子が形成されていてもよく、他の
複数のメタル配線層が形成されていてもよい。続いて、
絶縁膜１２に対して第１のトレンチパターンをリソグラ
フィー法及びエッチング法を用いて形成した後、第１の
トレンチパターンの側面及び底面上に、必要に応じて、
金属からなる配線材料の拡散防止及び配線の信頼性向上
を図るためのタンタル窒化膜等からなる第１のバリア膜
１３を蒸着法等により形成する。その後、銅（Ｃｕ）を
含む第１の配線材料１４を埋め込む。続いて、化学的機
械研磨法を用いて、第１のバリア膜１３及び第１の配線
材料１４の不要部分を除去してこれらの上面を平坦化す
ることにより、第１のバリア膜１３及び第１の配線材料
１４からなる第１のメタル配線１５を形成する。その
後、少なくとも第１のメタル配線１５の上面に該第１の
メタル配線１５を保護するシリコン窒化膜等からなる保
護絶縁膜１６を形成し、続いて、保護絶縁膜１６上にシ
リコン酸化膜等からなる層間絶縁膜１７を形成する。こ
こで、層間絶縁膜１７を積層構造としてもよく、また、
保護絶縁膜１６は必ずしも必要ではない。

【００２９】また、図１（ａ）に示した第１のメタル配
線１５の他の形成方法として、以下のようにしてもよ
い。まず、絶縁性基板１１上に第１のバリア膜１３及び
第１の配線材料１４を堆積し、続いて、リソグラフィー
法及びエッチング法等を用いて第１のメタル配線１５の
パターニングを行なった後、絶縁膜１２及び層間絶縁膜
１７を堆積する。その後、層間絶縁膜１７の不要部分を
化学的機械研磨法等を用いて除去する。この場合には、
第１のメタル配線１５の両側面には第１のバリア膜１３
が形成されない。

【００３０】次に、図１（ｂ）に示すように、リソグラ
フィー法及びエッチング法を用いて、層間絶縁膜１７に
おける第１のメタル配線１５の上側部分にスルーホール
（コンタクトホール）１７ａを形成する。このとき、保
護絶縁膜１６に対してもエッチングを行なって、第１の
メタル配線１５をスルーホール１７ａに露出させてもよ
い。また、スルーホール１７ａを形成した後、スルーホ
ール１７ａに露出する保護絶縁膜１６又は第１のメタル
配線１５の表面部分を保護するために、スルーホール１
７ａ内に、後工程で形成される第２のトレンチパターン
の底部（深さ）よりも下側の部分（深い部分）に保護用
のレジスト等を充填してもよい。

【００３１】次に、図１（ｃ）に示すように、スルーホ
ール１７ａを含む層間絶縁膜１７上に全面にわたって、
露光部分が現像されずに残るネガ型レジスト１８を塗布
する。

【００３２】続いて、第２のトレンチパターン形成領域
がクロム等の遮光膜パターン３０ａに転写されてなるネ
ガ型レジスト用の露光マスク（レチクル）３０を用い
て、ネガ型レジスト１８に露光光を照射してネガ型レジ
スト露光部１８Ｂを感光する。このとき、露光マスク３
０に形成された遮光膜パターン３０ａによって、ネガ型
レジスト１８のうち第２のトレンチパターン形成領域お
よび第２のトレンチパターン形成領域内に位置するスル
ーホール１７ａ内に充填されたネガ型レジスト未露光部
１８Ａには、露光光が照射されないため、未感光のまま
残存する。

【００３３】次に、図１（ｄ）に示すように、ネガ型レ
ジスト１８を現像することにより、該ネガ型レジスト１
８のうちの感光していないネガ型レジスト未露光部１８
Ａが除去され、感光したネガ型レジスト露光部１８Ｂが
残存することによって、第２のトレンチパターン形成領
域に開口部を有するマスクパターン１８Ｃが形成され
る。ここで、スルーホール１７ａの内部に埋め込まれて
いるネガ型レジスト未露光部１８Ａは感光していないた
め除去される。

【００３４】次に、図２（ａ）に示すように、マスクパ
ターン１８Ｃを用いて、層間絶縁膜１７に対して所定の
深さにまでエッチングを行なうことにより、層間絶縁膜
１７の上部に、底部がスルーホール１７ａと接続する第
２のトレンチパターン１７ｂを形成する。このときのエ
ッチング条件として、ＣＨ₄ 、ＣＨＦ₃ 及びＡｒを含む
混合ガスを用いた、スパッタ性が強いドライエッチング
を行なうことにより、層間絶縁膜１７におけるスルーホ
ール１７ａの上部と第２のトレンチパターン１７ｂの底
部との接続部１７ｃが丸みを帯びた形状となる。その
上、スルーホール１７ａにおける第２のトレンチパター
ン１７ｂの底部よりも上側の部分にレジスト等が埋め込
まれていないため、層間絶縁膜１７の開口パターン内に
エッチング残さが発生することがない。続いて、第１の
メタル配線１５がスルーホール１７ａに露出していない
場合は、保護絶縁膜１６のスルーホール１７ａに露出す
る部分をエッチングにより除去して、該スルーホール１
７ａの底面に第１のメタル配線１５を露出させる。

【００３５】次に、図２（ｂ）に示すように、マスクパ
ターン１８Ｃを除去した後、層間絶縁膜１７上にスルー
ホール１７ａ及び第２のトレンチパターン１７ｂを含む
全面にわたって、必要に応じて、メタル配線の信頼性を
向上させるタンタル窒化膜等からなる第２のバリア膜１
９を形成する。続いて、第２のバリア膜１９上にスルー
ホール１７ａ及び第２のトレンチパターン１７ｂを含む
全面にわたって、Ｃｕを含む第２の配線材料２０を充填
する。このとき、スルーホール１７ａの上部と第２のト
レンチパターン１７ｂの底部との接続部１７ｃが丸み形
状を有しているため、スルーホール１７ａの開口径が小
さい場合であっても、第２の配線材料２０をスルーホー
ル１７ａの下部にまで確実に充填できる。このため、第
１のメタル配線１５と第２のメタル配線２１との接続部
に断線が生じ難くなるので、埋め込み不良による配線の
信頼性の低下を防止できる。

【００３６】次に、図２（ｃ）に示すように、化学的機
械研磨法等を用いて、層間絶縁膜１７上の第２のバリア
膜１９及び第２の配線材料２０の不要部分を除去してこ
れらの上面を平坦化することにより、第２のバリア膜１
９及び第２の配線材料２０からなり、第１のメタル配線
１５と電気的に接続された第２のメタル配線２１を形成
する。なお、第１のバリア膜１３と第２のバリア膜１９
とは同一の材料でなくてもよく、また、第１の配線材料
１４と第２の配線材料２０とは同一の材料でなくてもよ
い。

【００３７】この後、上層のメタル配線層を形成した
り、ワイヤボンディング用の配線層を形成してもよい。

【００３８】このように、第１の実施形態によると、層
間絶縁膜１７の上部にスルーホール１７ａと接続される
トレンチ構造のパターニングを行なう際に、第２のトレ
ンチパターン形成用のレジストとしてネガ型レジスト１
８を用いているため、スルーホール１７ａに入り込んだ
ネガ型レジスト未露光部１８Ａは露光されないので、現
像時に溶解して除去される。従って、第２のメタル配線
２１の内部に、第２のトレンチパターン形成用レジスト
のエッチング残さによる配線の遮断が生じなくなるた
め、メタル配線の高抵抗化又は断線を防ぐことができ
る。その結果、電気特性に優れると共に信頼性が向上し
た、デュアルダマシン法によるメタル配線を形成できる
ようになる。

【００３９】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００４０】図３（ａ）〜図３（ｄ）及び図４（ａ）〜
図４（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係るデュアルダ
マシン法による配線形成方法の工程順の断面構成を示し
ている。図３（ａ）〜図４（ｄ）において、図１（ａ）
〜図２（ｃ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一
の符号を付している。

【００４１】まず、第１の実施形態と同様の方法を用い
て、図３（ａ）に示すように、絶縁性基板１１上の絶縁
膜１２に埋め込まれ、第１のバリア膜１３及び第１の配
線材料１４からなる第１のメタル配線１５を形成する。
ここで、絶縁性基板１１上は、半導体基板上に絶縁性膜
を形成した基板を含み、図示はしていないがトランジス
タ等の能動素子や多層配線が形成されていてもよい。続
いて、絶縁膜１２及び第１のメタル配線１５上に、保護
絶縁膜１６及び層間絶縁膜１７を順次形成する。

【００４２】次に、図３（ｂ）に示すように、層間絶縁
膜１７における第１のメタル配線１５の上側部分にスル
ーホール１７ａを形成する。このとき、保護絶縁膜１６
におけるスルーホール１７ａに露出する部分に対しても
エッチングを行なって第１のメタル配線１５を露出させ
てもよい。

【００４３】次に、図３（ｃ）に示すように、層間絶縁
膜１７上にスルーホール１７ａを含む全面に、充填材と
して、例えば波長が３６５ｎｍ程度のｉ線露光に用いる
第１のポジ型レジストを塗布する。続いて、第１のポジ
型レジストに対してマスクを用いずに、層間絶縁膜１７
上に形成された第１のポジ型レジストの膜厚分を感光す
ることができる露光量で露光を行なった後に現像を行な
うことにより、スルーホール１７ａに第１のポジ型レジ
スト２２を残す。このとき、第１のポジ型レジスト２２
の上面は層間絶縁膜１７の上面と揃えることが好まし
い。

【００４４】次に、図３（ｄ）に示すように、層間絶縁
膜１７上に第１のポジ型レジスト２２を含む全面にわた
って、波長が２４８ｎｍ以下の露光光に感光するＫｒＦ
用の第２のポジ型レジストを塗布する。その後、波長が
２４８ｎｍ以下で第２のポジ型レジストに対してパター
ン露光を行ない且つ現像を行なって、第２のトレンチパ
ターンを形成するための開口部２３ａが設けられた第２
のポジ型レジスト２３を形成する。このとき、第１のポ
ジ型レジスト２２は、第２のポジ型レジスト２３を感光
するために用いた露光光の波長では感光されないのでス
ルーホール１７ａの内部にそのまま残る。

【００４５】次に、図４（ａ）に示すように、スルーホ
ール１７ａ内に残された第１のポジ型レジスト２２に対
して、ｉ線露光を行なった後、所定の現像を行なうこと
により、第２のトレンチパターンを形成するための開口
部２３ａが設けられた第２のポジ型レジスト２３のパタ
ーン形状を維持したまま、スルーホール１７ａの内部に
ある第１のポジ型レジスト２２のみを選択的に除去でき
る。このとき、ポジ型レジスト２３は、ｉ線露光では感
光されないため、そのまま残存することができる。この
ように、スルーホール１７ａ内に露光波長が異なる第１
のポジ型レジスト２２を充填材として充填しておくこと
によって、第２のトレンチパターン形成用の第２のポジ
型レジスト２３を塗布した際に、第２のポジ型レジスト
２３がスルーホール１７ａの内部に入り込むことがな
い。ここで、充填材である第１のポジ型レジスト２２の
うち、後工程で形成される第２のトレンチパターンの底
部よりも下側部分を残すことにより、保護絶縁膜１６又
は第１のメタル配線１５におけるスルーホール１７ａに
露出する部分を保護してもよい。

【００４６】次に、図４（ｂ）に示すように、第２のポ
ジ型レジスト２３からなるレジストパターンをマスクと
して、層間絶縁膜１７に対して所定の深さにまでエッチ
ングを行なうことにより、層間絶縁膜１７の上部に、底
部がスルーホール１７ａと接続する第２のトレンチパタ
ーン１７ｂを形成する。このとき、層間絶縁膜１７にお
けるスルーホール１７ａの上部と第２のトレンチパター
ン１７ｂの底部との接続部１７ｃが丸みを帯びるように
エッチングを行なう。その上、スルーホール１７ａにお
ける第２のトレンチパターン１７ｂの底部となる位置よ
りも上側部分には、第１のポジ型レジスト２２があらか
じめ充填され且つ選択的に除去される。従って、第２の
トレンチパターン１７ｂを形成するための第２のポジ型
レジスト２３がスルーホール１７ａ内に埋め込まれない
ので、層間絶縁膜１７における第２のトレンチパターン
１７ｂの内面に第２のポジ型レジスト２３のエッチング
残さが残ることがない。続いて、第１のメタル配線１５
がスルーホール１７ａに露出していない場合は、保護絶
縁膜１６のスルーホール１７ａに露出する部分をエッチ
ングにより除去して、該スルーホール１７ａの底面に第
１のメタル配線１５を露出させる。

【００４７】この後は、第１の実施形態と同様であっ
て、図４（ｃ）に示すように、第２のポジ型レジスト２
３を除去した後、層間絶縁膜１７上のスルーホール１７
ａ及び第２のトレンチパターン１７ｂを含む全面に第２
のバリア膜１９を形成した後、第２の配線材料２０を充
填する。続いて、図４（ｄ）に示すように、層間絶縁膜
１７上の不要な第２のバリア膜１９及び第２の配線材料
２０を除去してこれらの上面を平坦化することにより、
第１のメタル配線１５と電気的に接続される第２のメタ
ル配線２１を形成する。

【００４８】このように、第２の実施形態によると、層
間絶縁膜１７の上部にスルーホール１７ａと接続される
トレンチ構造のパターニングを行なうよりも前に、スル
ーホール１７ａを充填する充填材として、ｉ線露光用の
第１のポジ型レジスト２２を用いると共に、第２のトレ
ンチパターン形成用のレジストとして第１のポジ型レジ
スト２２と露光波長が異なるＫｒＦ用の第２のポジ型レ
ジスト２３を用いている。これにより、第２のトレンチ
パターン１７ｂを形成するための開口部２３ａが設けら
れた第２のポジ型レジスト２３を形成した後、第２のポ
ジ型レジスト２３のパターン形状を損なうことなく、ス
ルーホール１７ａの内部に充填されていた第１のポジ型
レジスト２２を選択的に除去することができる。このた
め、第２のメタル配線２１の内部に、第２のトレンチパ
ターン形成用レジストのエッチング残さによる配線の遮
断が生じなくなるので、メタル配線の高抵抗化又は断線
を防ぐことができる。その結果、電気特性に優れると共
に信頼性が向上した、デュアルダマシン法によるメタル
配線を形成できるようになる。

【００４９】また、スルーホール１７ａの上部と第２の
トレンチパターン１７ｂの底部との接続部１７ｃが丸み
形状を有しているため、スルーホール１７ａの開口径が
小さい場合であっても、第２の配線材料２０をスルーホ
ール１７ａの下部にまで確実に充填できるので、埋め込
み不良による断線をも防止できる。

【００５０】また、第１のバリア膜１３及び保護絶縁膜
１６は必ずしも必要ではない。

【００５１】なお、第１のポジ型レジスト２２として、
ｉ線露光用のレジストを用いたが、これに限らず、第２
のポジ型レジスト２３よりも長い波長で感光するレジス
トであればよい。ここでは、第２のポジ型レジスト２３
に露光波長が２４８ｎｍのＫｒＦ用のレジストを用いて
いるため、第１のポジ型レジスト２２として、例えば、
露光波長が４３６ｎｍ程度のｇ線に感光するレジストを
用いてもよい。

【００５２】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００５３】図５（ａ）〜図５（ｄ）及び図６（ａ）〜
図６（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係るデュアルダ
マシン法による配線形成方法の工程順の断面構成を示し
ている。図５（ａ）〜図６（ｃ）において、図１（ａ）
〜図２（ｃ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一
の符号を付している。

【００５４】まず、第１の実施形態と同様の方法を用い
て、図５（ａ）に示すように、絶縁性基板１１上の絶縁
膜１２に埋め込まれ、第１のバリア膜１３及び第１の配
線材料１４からなる第１のメタル配線１５を形成する。
ここで、絶縁性基板１１は、半導体基板上に絶縁性膜を
形成した基板を含み、図示はしていないがトランジスタ
等の能動素子や多層配線が形成されていてもよい。続い
て、絶縁膜１２及び第１のメタル配線１５上に、保護絶
縁膜１６及び層間絶縁膜１７を順次形成する。

【００５５】次に、図５（ｂ）に示すように、層間絶縁
膜１７における第１のメタル配線１５の上側部分にスル
ーホール１７ａを形成する。このとき、保護絶縁膜１６
におけるスルーホール１７ａに露出する部分に対しても
エッチングを行なって第１のメタル配線１５を露出させ
てもよい。

【００５６】次に、図５（ｃ）に示すように、段差被覆
率が低い条件を用いた気相成長法、例えば、平行平板型
のモノシランガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて、
層間絶縁膜１７上に、シリコン酸化膜（プラズマ酸化
膜）からなる閉塞絶縁膜２５をスルーホール１７ａの開
口部の上部部分をふさぐように形成する。

【００５７】次に、図５（ｄ）に示すように、閉塞絶縁
膜２５上に、スルーホール１７ａと対応する位置に該ス
ルーホール１７ａよりも開口幅が大きい第２のトレンチ
パターンを形成するための開口部を有するレジストパタ
ーン２６を形成する。このとき、スルーホール１７ａの
開口部の上部部分は閉塞絶縁膜２５によりふさがれてい
るため、スルーホール１７ａにレジストが入り込まな
い。

【００５８】次に、図６（ａ）に示すように、レジスト
パターン２６をマスクとして、閉塞絶縁膜２５をエッチ
ングした後、層間絶縁膜１７に対して所定の深さにまで
エッチングを行なうことにより、層間絶縁膜１７の上部
に、底部がスルーホール１７ａと接続する第２のトレン
チパターン１７ｂを形成する。このとき、層間絶縁膜１
７におけるスルーホール１７ａの上部と第２のトレンチ
パターン１７ｂの底部との接続部１７ｃが丸みを帯びた
形状となるようにエッチングを行なう。その上、閉塞絶
縁膜２５によって開口部の上部部分がふさがれているス
ルーホール１７ａ内にはレジストが入り込まないため、
層間絶縁膜１７の開口パターン内にエッチング残さが発
生することはない。続いて、第１のメタル配線１５がス
ルーホール１７ａに露出していない場合は、保護絶縁膜
１６のスルーホール１７ａに露出する部分をエッチング
により除去して、該スルーホール１７ａの底面に第１の
メタル配線１５を露出させる。

【００５９】この後は、第１の実施形態と同様であっ
て、図６（ｂ）に示すように、レジストパターン２６を
除去した後、層間絶縁膜１７上のスルーホール１７ａ及
び第２のトレンチパターン１７ｂを含む全面に第２のバ
リア膜１９を形成した後、第２の配線材料２０を充填す
る。続いて、図６（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１７
上の不要な第２のバリア膜１９及び第２の配線材料２０
を除去してこれらの上面を平坦化することにより、第１
のメタル配線１５と電気的に接続される第２のメタル配
線２１を形成する。このとき、同時に閉塞絶縁膜２５を
除去してもよい。

【００６０】このように、第３の実施形態によると、層
間絶縁膜１７の上部にスルーホール１７ａと接続される
トレンチ構造のパターニングを行なうよりも前に、スル
ーホール１７ａの開口部の上部部分を閉塞絶縁膜２５に
よりふさぐため、第２のメタル配線２１の内部に、第２
のトレンチパターン形成用レジストのエッチング残さに
よる配線の遮断が生じない。その結果、メタル配線の高
抵抗化又は断線を防ぐことができるので、電気特性に優
れると共に信頼性が向上した、デュアルダマシン法によ
るメタル配線を形成できるようになる。

【００６１】また、スルーホール１７ａの上部と第２の
トレンチパターン１７ｂの底部との接続部１７ｃが丸み
形状を有しているため、スルーホール１７ａの開口径が
小さい場合であっても、第２の配線材料２０をスルーホ
ール１７ａの下部にまで確実に充填できるので、埋め込
み不良による断線をも防止できる。

【００６２】なお、第１のバリア膜１３及び保護絶縁膜
１６は必ずしも必要ではない。

【００６３】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００６４】図７（ａ）〜図７（ｄ）及び図８（ａ）〜
図８（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係るデュアルダ
マシン法による配線形成方法の工程順の断面構成を示し
ている。図７（ａ）〜図８（ｃ）において、図１（ａ）
〜図２（ｃ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一
の符号を付している。

【００６５】まず、第１の実施形態と同様の方法を用い
て、図７（ａ）に示すように、絶縁性基板１１上の絶縁
膜１２に埋め込まれ、第１のバリア膜１３及び第１の配
線材料１４からなる第１のメタル配線１５を形成する。
ここで、絶縁性基板１１上は、半導体基板上に絶縁性膜
を形成した基板を含み、図示はしていないが、トランジ
スタ等の能動素子や多層配線が形成されていてもよい。
続いて、絶縁膜１２及び第１のメタル配線１５上に、保
護絶縁膜１６及び層間絶縁膜１７を順次形成する。

【００６６】その後、層間絶縁膜１７上に第１のポジ型
レジスト２７を塗布し、スルーホール形成パターンがク
ロム等の遮光膜パターン３１ａに転写されてなるポジ型
レジスト用の露光マスク（レチクル）３１を用いて、第
１のポジ型レジスト２７に露光光を照射してスルーホー
ル形成領域となる第１のポジ型レジスト露光部２７Ａを
感光する。このとき、第１のポジ型レジスト２７のうち
露光マスク３１に形成された遮光膜パターン３１ａによ
って、露光光が照射されない第１のポジ型レジスト未露
光部２７Ｂは未感光のまま残存する。

【００６７】次に、図７（ｂ）に示すように、第１のポ
ジ型レジスト２７に対して現像を行なうことによって、
露光光が照射され感光している第１のポジ型レジスト露
光部２７Ａを除去し、未感光のまま残存する第１のポジ
型レジスト未露光部２７Ｂを残存させることにより、第
１のメタル配線１５の上方にスルーホールを形成するた
めの開口部を有する第１のマスクパターン２７Ｃを形成
する。続いて、第１のマスクパターン２７Ｃを用いて、
層間絶縁膜１７に対してエッチングを行なうことによ
り、層間絶縁膜１７における第１のメタル配線１５の上
側部分にスルーホール１７ａを形成する。このとき、保
護絶縁膜１６のスルーホール１７ａに露出する部分に対
してもエッチングを行なって第１のメタル配線１５を露
出させてもよい。

【００６８】次に、図７（ｃ）に示すように、第１のマ
スクパターン２７Ｃを除去した後、層間絶縁膜１７上に
スルーホール１７ａを含む全面にわたって、第２のポジ
型レジスト２８を塗布する。続いて、スルーホール形成
工程で用いた露光マスク３１を再度用いて、第２のポジ
型レジスト２８のうちスルーホール１７ａに充填されて
いる第２のポジ型レジスト露光部２８Ａを感光すること
ができる露光量で露光する。このとき、層間絶縁膜１７
上に位置する第２のポジ型レジスト未露光部２８Ｂは未
感光のまま残存する。

【００６９】次に、図７（ｄ）に示すように、続いて、
スルーホール１７ａを含み且つ該スルーホール１７ａよ
りも開口幅が大きい第２のトレンチパターンを形成する
ための開口部を有する露光マスク（図示せず）を用い
て、第２のポジ型レジスト２８を露光し、露光した第２
のポジ型レジスト２８を現像することにより、スルーホ
ール１７ａの内部に第２のポジ型レジスト露光部２８Ａ
を残さずに、第２のポジ型レジスト２８から第２のトレ
ンチパターンを形成するための開口部を有する第２のマ
スクパターン２８Ｃが形成される。ここで、露光条件等
を最適化して、第２のポジ型レジスト露光部２８Ａにお
けるスルーホール１７ａの内部部分であって、後工程で
形成される第２のトレンチパターンの底部よりも下側の
部分を残すことにより、保護絶縁膜１６又は第１のメタ
ル配線１５におけるスルーホール１７ａに露出する部分
を保護してもよい。

【００７０】次に、図８（ａ）に示すように、第２のマ
スクパターン２８Ｃを用いて、層間絶縁膜１７に対して
所定の深さにまでエッチングを行なうことにより、層間
絶縁膜１７の上部に、底部がスルーホール１７ａと接続
する第２のトレンチパターン１７ｂを形成する。このと
き、層間絶縁膜１７におけるスルーホール１７ａの上部
と第２のトレンチパターン１７ｂの底部との接続部１７
ｃが丸みを帯びた形状となるようにエッチングを行な
う。その上、スルーホール１７ａにおける第２のトレン
チパターン１７ｂの底部となる位置よりも上側の領域か
らは、スルーホール形成工程に用いた露光マスク３１を
再度用いて行なった露光及びその後の現像により、第２
のポジ型レジスト２８Ａがあらかじめ除去されている。
これにより、層間絶縁膜１７の開口パターン内にエッチ
ング残さが発生することがない。続いて、第１のメタル
配線１５がスルーホール１７ａに露出していない場合
は、保護絶縁膜１６のスルーホール１７ａに露出する部
分をエッチングにより除去して、該スルーホール１７ａ
の底面に第１のメタル配線１５を露出させる。

【００７１】この後は、第１の実施形態と同様であっ
て、図８（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１７上のスル
ーホール１７ａ及び第２のトレンチパターン１７ｂを含
む全面に第２のバリア膜１９を形成した後、第２の配線
材料２０を充填する。続いて、図８（ｃ）に示すよう
に、層間絶縁膜１７上の不要な第２のバリア膜１９及び
第２の配線材料２０を除去してこれらの上面を平坦化す
ることにより、第１のメタル配線１５と電気的に接続さ
れる第２のメタル配線２１を形成する。

【００７２】このように、第４の実施形態によると、層
間絶縁膜１７の上部にスルーホール１７ａと接続される
トレンチ構造のパターニングを行なう際に、スルーホー
ル形成用の露光マスク３１を再度用いて、第２のポジ型
レジスト２８におけるスルーホール１７ａ内に充填され
ている第２のポジ型レジスト露光部２８Ａを感光するこ
とができる露光量で露光するため、スルーホール１７ａ
に入り込んだ第２のポジ型レジスト露光部２８Ａの底部
まで感光することができるので、その後の現像によって
溶解して除去することができる。従って、第２のメタル
配線２１の内部に、第２のトレンチパターン形成用レジ
ストのエッチング残さによる配線の遮断が生じなくなる
ため、メタル配線の高抵抗化又は断線を防ぐことができ
る。その結果、電気特性に優れると共に信頼性が向上し
た、デュアルダマシン法によるメタル配線を形成できる
ようになる。

【００７３】また、スルーホール１７ａの上部と第２の
トレンチパターン１７ｂの底部との接続部１７ｃが丸み
形状を有しているため、スルーホール１７ａの開口径が
小さい場合であっても、第２の配線材料２０をスルーホ
ール１７ａの下部にまで確実に充填できるので、埋め込
み不良による断線をも防止できる。

【００７４】なお、第１のバリア膜１３及び保護絶縁膜
１６は必ずしも必要ではない。

【００７５】

【発明の効果】本発明に係る配線形成方法によると、絶
縁膜に形成されたスルーホールの上部に該スルーホール
と接続されるトレンチパターンを形成する際に、トレン
チパターンの底部よりも上側の部分にレジストを残さな
いため、トレンチパターンの内部にエッチング残さが発
生しなくなる。その結果、エッチング残さによる配線の
遮断が生じなくなり、配線の高抵抗化又は断線を防ぐこ
とができるので、電気特性及び信頼性に優れる配線を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係
る配線形成方法を示す工程順の構成断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係
る配線形成方法を示す工程順の構成断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係
る配線形成方法を示す工程順の構成断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係
る配線形成方法を示す工程順の構成断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係
る配線形成方法を示す工程順の構成断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係
る配線形成方法を示す工程順の構成断面図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施形態に係
る配線形成方法を示す工程順の構成断面図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係
る配線形成方法を示す工程順の構成断面図である。

【図９】（ａ）〜（ｄ）は従来のダマシン法による配線
形成方法を示す工程順の構成断面図である。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）は従来のダマシン法による
配線形成方法を示す工程順の構成断面図である。

【符号の説明】

１１ 絶縁性基板 １２ 絶縁膜 １３ 第１のバリア膜 １４ 第１の配線材料 １５ 第１のメタル配線 １６ 保護絶縁膜 １７ 層間絶縁膜 １７ａ スルーホール １７ｂ 第２のトレンチパターン １７ｃ 接続部 １８ ネガ型レジスト １８Ａ ネガ型レジスト未露光部 １８Ｂ ネガ型レジスト露光部 １８Ｃ マスクパターン １９ 第２のバリア膜 ２０ 第２の配線材料 ２１ 第２のメタル配線 ２２ 第１のポジ型レジスト ２３ 第２のポジ型レジスト ２３ａ 第２のトレンチ形成用パターン ２５ 閉塞絶縁膜（閉塞膜） ２６ レジストパターン ２７ 第１のポジ型レジスト ２７Ａ 第１のポジ型レジスト露光部 ２７Ｂ 第１のマスクパターン未露光部 ２７Ｃ 第１のマスクパターン ２８ 第２のポジ型レジスト ２８Ａ 第２のポジ型レジスト露光部 ２８Ｂ 第２のマスクパターン未露光部 ２８Ｃ 第２のマスクパターン ３０ 露光マスク ３０ａ 遮光膜パターン ３１ 露光マスク ３１ａ 遮光膜パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益田 洋司 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 上田 哲也 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 5F033 HH11 HH32 JJ11 JJ32 KK11 KK32 MM02 MM05 MM12 MM13 NN06 NN07 NN32 QQ01 QQ09 QQ13 QQ37 QQ48 RR04 RR06 SS15 TT02 XX02 XX08

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の絶縁膜にスルーホールを形成す
   る工程（ａ）と、 前記スルーホールを含む前記絶縁膜上に感光性マスク材
   を形成する工程（ｂ）と、 前記感光性マスク材をパターニングして、前記スルーホ
   ールを含む開口部を有するトレンチ形成用のマスクパタ
   ーンを形成する工程（ｃ）と、 前記マスクパターンを用いて、前記絶縁膜に対して所定
   の深さにまでエッチングを行なうことにより、前記絶縁
   膜の上部に前記スルーホールと接続するトレンチパター
   ンを形成する工程（ｄ）と、 前記スルーホール及び前記トレンチパターン内に導電性
   材料を充填する工程（ｅ）と、 前記工程（ｄ）よりも前に、前記マスクパターンを、前
   記感光性マスク材が前記スルーホール内に前記トレンチ
   パターンの底部よりも上側部分に残らないように形成す
   る工程（ｆ）とを備えていることを特徴とする配線形成
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の配線形成方法におい
   て、 前記工程（ｃ）は、前記絶縁膜上に形成された前記感光
   性マスク材の膜厚を感光するために必要な露光量で前記
   感光性マスク材を露光した後、露光した感光性マスク材
   に対して現像を行なうことにより、前記感光性マスク材
   から前記マスクパターンを形成する工程を含むことを特
   徴とする配線形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の配線形成方法に
   おいて、 前記工程（ｄ）は、前記絶縁膜における前記スルーホー
   ルの上部と前記トレンチパターンの底部との接続部分の
   形状に丸み形状を付与する工程を含むことを特徴とする
   配線形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つに記載の配
   線形成方法において、 前記工程（ｆ）として、 前記工程（ｂ）において、前記感光性マスク材としてネ
   ガ型レジストを形成する工程と、 前記工程（ｃ）において、前記スルーホール内に充填さ
   れた前記ネガ型レジストを未感光のまま残存させ、現像
   により未感光な前記ネガ型レジストを除去する工程とを
   有していることを特徴とする配線形成方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれか１つに記載の配
   線形成方法において、 前記工程（ｆ）として、 前記工程（ａ）の後で前記工程（ｂ）よりも前に、前記
   スルーホール内に充填材を充填する工程と、 前記工程（ｂ）において、前記充填材が充填された前記
   スルーホールを含む前記絶縁膜上に前記感光性マスク材
   を形成する工程と、 前記工程（ｃ）の後で前記工程（ｄ）よりも前に、前記
   充填材を選択的に除去する工程とを有していることを特
   徴とする配線形成方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の配線形成方法におい
   て、 前記充填材を選択的に除去する工程において、前記スル
   ーホール内に充填されている前記充填材のうち、前記ト
   レンチパターンの底部よりも下側部分を残すことを特徴
   とする配線形成方法。
7. 【請求項７】 請求項５又は６に記載の配線形成方法に
   おいて、 前記感光性マスク材は、ポジ型レジストであり、 前記充填材は、前記ポジ型レジストが感光する波長より
   も長い波長領域において感光するレジストであることを
   特徴とする配線形成方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜３のいずれか１つに記載の配
   線形成方法において、 前記工程（ｆ）として、 前記工程（ａ）の後で前記工程（ｂ）よりも前に、前記
   絶縁膜上に前記スルーホールの開口部をふさぐ閉塞膜を
   形成する工程と、 前記工程（ｂ）において、前記閉塞膜が形成された前記
   絶縁膜上に前記感光性マスク材を形成する工程と、 前記工程（ｄ）において、前記マスクパターンを用い
   て、前記閉塞膜及び前記絶縁膜に対してエッチングを行
   なうことにより、前記トレンチパターンを形成する工程
   とを有していることを特徴とする配線形成方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の配線形成方法におい
   て、 前記閉塞膜は、段差被覆率が低い気相成長法を用いて形
   成することを特徴とする配線形成方法。
10. 【請求項１０】 請求項１〜３のいずれか１つに記載の
    配線形成方法において、 前記工程（ｆ）として、 前記工程（ａ）において、前記スルーホールを第１の露
    光マスクを用いて形成する工程と、 前記工程（ｃ）において、前記第１の露光マスクを用い
    て前記感光性マスク材におけるスルーホール部分を露光
    した後、前記スルーホール部分を含むトレンチ形成用の
    第２の露光マスクを用いて露光を行ない、露光した感光
    性マスク材に対して現像を行なうことにより、前記マス
    クパターンを形成する工程とを有していることを特徴と
    する配線形成方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の配線形成方法にお
    いて、 前記第１の露光マスクを用いた露光工程の露光量を最適
    化することにより、現像後に、前記スルーホール内に充
    填されている前記感光性マスク材のうちの前記トレンチ
    パターンの底部よりも下側部分を残すようにすることを
    特徴とする配線形成方法。